第四章變壓器

第四章變壓器一、磁場(chǎng)及基本物理量4.1、磁場(chǎng)和磁感線磁體：具有磁性的物體。磁極：磁體兩端磁性最強(qiáng)的部分，N極和S極。磁場(chǎng)：在磁體周圍存在的具有力和能的特性的一種特殊物質(zhì)。磁感線：為了形象的描述磁場(chǎng)而引入的概念，規(guī)定在磁力線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。磁感線的特點(diǎn)：（1）磁力線是互不相交的閉合曲線。在磁體外部由N指向S，在內(nèi)部由S指向N。（2）磁力線上任意一點(diǎn)的切線方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即小磁針在磁力作用下N極的指向。（3）磁力線越密表示磁場(chǎng)越強(qiáng)，反之，越疏表示磁場(chǎng)越弱。4.2磁場(chǎng)的基本物理量1、磁感應(yīng)強(qiáng)度B:

表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁力線越密，磁感應(yīng)強(qiáng)度B值越大。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向：與電流的方向之間符合右手螺旋定則；單位:特斯拉(T)2、磁通（磁通密度）：穿過垂直于B方向的面積S的磁力線總數(shù)。在均勻磁場(chǎng)中=BS或B=/S電磁感應(yīng)定律：4、磁導(dǎo)率：表示磁場(chǎng)媒質(zhì)磁性的物理量，衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。單位：亨/米（H/m）相對(duì)磁導(dǎo)率

r：任一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率和真空的磁導(dǎo)率0的比值。＝

r/0真空的磁導(dǎo)率為常數(shù)，用

0表示，有：二、磁性材料的磁性能自然界物質(zhì)根據(jù)導(dǎo)磁性強(qiáng)弱分為：鐵磁性材料和非鐵磁性材料1、磁導(dǎo)率2、磁化曲線及飽和磁性：磁性物質(zhì)放在外磁場(chǎng)H中被磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定程度時(shí)，磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將趨向某一定值，趨于飽和3、磁滯回線：磁滯性：磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于外磁場(chǎng)變化。磁性材料在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化，其B-H關(guān)系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br(剩磁)：當(dāng)線圈中電流減小到零(H=0)時(shí)，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。矯頑磁力Hc：使B=0所需的H值。????BrHcOHB磁滯回線磁性材料分為三種類型：(1)軟磁材料具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機(jī)、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)永磁材料具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關(guān)元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。上一張下一張返回

三、電磁感應(yīng)的基本定律（一）電磁感應(yīng)現(xiàn)象（二）電與磁的關(guān)系1820年，奧斯特，電流的磁效應(yīng)。電→磁1821年，法拉第，提出想法：磁→電？1831年，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。

1865年，麥克斯韋，電磁場(chǎng)理論。上一張下一張返回電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，作正負(fù)規(guī)定：回路：正向，電流的方向，電動(dòng)勢(shì)升高的方向。

若是，則表明b點(diǎn)的電勢(shì)高于a點(diǎn)，即電路ab可視為電源，b為正極，a為負(fù)極。電動(dòng)勢(shì)abab等效上一張下一張返回（三）法拉第電磁感應(yīng)定律閉合回路中，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)i

,與回路中的磁通量

的變化率d/dt有關(guān)：當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)為N匝線圈時(shí)，其中通過回路的磁通量公式中的負(fù)號(hào)確定了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)i

的方向.上一張下一張返回阻礙變化含義：增多，阻礙增多；

減少，阻礙減少。閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化；或感應(yīng)電流的效果，總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。（四）楞次定律（1833年）本質(zhì)：感應(yīng)電流取楞次定律規(guī)定的方向是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律作用的必然結(jié)果。上一張下一張返回向上移，磁通量增加,磁力線增多.阻礙增多，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁力線向下。即：感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針，亦是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)i

的方向。舉例說明3（P442）：楞次定律應(yīng)用上一張下一張返回舉例說明4（P442）：楞次定律應(yīng)用上一張下一張返回五、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)回路磁通量產(chǎn)生i可有以下途徑：1，改變B的大?。?，改變回路面積S或相對(duì)于磁場(chǎng)的方向；3，既有B的變化，也有回路相對(duì)磁場(chǎng)的變化.感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)上一張下一張返回一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：回路或其一部分在磁場(chǎng)中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

感生電動(dòng)勢(shì)：回路在磁場(chǎng)中沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，僅由磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。上一張下一張返回

b端電勢(shì)高.B端電勢(shì)高例2，均勻磁場(chǎng)，直導(dǎo)線，求動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).

（1），三者互相垂直.（2），，與有一夾角.（3），與決定平面平行.沒有切割磁力線上一張下一張返回常見的簡(jiǎn)單切割磁力線的問題：電動(dòng)勢(shì)升高的方向，為

的方向.上一張下一張返回六、自感和互感法拉第電磁感應(yīng)定律：不論用什么方法，只要使穿過閉合回路的磁通量

發(fā)生變化，就可在該回路中產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。（1）（2）回路(1)中的磁場(chǎng)B由電流I1、I2共同產(chǎn)生，因此通過其的磁通量1也由兩部分組成.上一張下一張返回前一項(xiàng)是由自身回路中的電流變化，在自身回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為自感電動(dòng)勢(shì).而后一項(xiàng)是由某一回路中的電流變化，在其它回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為互感電動(dòng)勢(shì).（1）（2）上一張下一張返回一、自感當(dāng)一個(gè)線圈中的電流I發(fā)生變化時(shí)，它所激發(fā)的磁場(chǎng)B穿過該線圈自身的磁通量也隨之發(fā)生變化，從而在這個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)L，這種現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。這種電動(dòng)勢(shì)稱為自感電動(dòng)勢(shì)。比例系數(shù)L

，稱為該回路的自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感.定義：上一張下一張返回（定義①）（定義②）決定于回路的幾何形狀、大小、匝數(shù)、和線圈所處的介質(zhì)分布及性質(zhì)（磁導(dǎo)率）。自感L：?jiǎn)挝唬汉嗬℉）.上一張下一張返回定義：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流I1

發(fā)生變化時(shí)，將在它周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)B1，從而在它附近的另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)M，這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。這種電動(dòng)勢(shì)稱為互感電動(dòng)勢(shì)。二、互感（1）（2）比例系數(shù)M

，稱為互感.上一張下一張返回七、單相變壓器1，結(jié)構(gòu)及其作用2、工作原理（一）變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：閉合鐵心和繞在鐵心上的兩個(gè)或多個(gè)線圈繞組。一次繞組（原繞組）：與交流電源相連接的繞組二次繞組（副繞組）：與負(fù)載相連接的繞組（二）變壓器的工作原理1.變壓器的空載運(yùn)行與電壓變換空載運(yùn)行：變壓器的初級(jí)繞組加交流電壓而次級(jí)繞組開路的工作狀態(tài)。變壓器的空載運(yùn)行N1N2u1u2i0主磁通：通過鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過空氣或其它非導(dǎo)磁媒質(zhì)閉合的磁通。設(shè)主磁通則

由于線圈電阻R和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)E相比可忽略，故有：式中：Bm是鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位[T]；

S是鐵心截面積，1、變壓器變壓原理變壓器一次、二次側(cè)的電壓的有效值與一次、二次繞組的匝數(shù)成正比，即：例、1單相變壓器的初級(jí)繞組線圈匝數(shù)為220匝，次級(jí)繞組線圈匝數(shù)為20匝，初級(jí)繞組接220V的正弦交流電，次級(jí)繞組開路，求次級(jí)繞組電壓？2.變壓器的負(fù)載運(yùn)行和電流變換由于空載和負(fù)載是U、f、N一樣，故：磁通不變。變壓器的負(fù)載運(yùn)行N1N2u2u1i1i2RL變壓器有載時(shí)，一次、二次繞組電流的有效值和匝數(shù)成反比例、2單相變壓器的初級(jí)繞組線圈匝數(shù)為200匝，次級(jí)繞組線圈匝數(shù)為50匝，初級(jí)繞組接220的正弦電流電，次級(jí)繞組接10歐姆的電阻負(fù)載，求初級(jí)繞組電流以及負(fù)載電流是多大？3.變壓器的阻抗變換變壓器有載運(yùn)行時(shí)，一次繞組阻抗和二次阻抗的關(guān)系為八、特殊用途變壓器（一）自耦變壓器ABP+–+–使用時(shí)，改變滑動(dòng)端的位置，便可得到不同的輸出電壓。（二

）儀用互感器儀用互感器是用于測(cè)量?jī)x器和保護(hù)設(shè)備中的特殊變壓器，有電壓互感器和電流互感器。電壓互感器：測(cè)量一般電壓表不能測(cè)量的高電壓，原理是把高電壓通過電壓互感器降低為低壓后進(jìn)行測(cè)量。電流互感器：測(cè)來能夠一般電流表不能測(cè)量的大電流，原理是把大電流變換為小電流來測(cè)量。1.電壓互感器實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測(cè)量高電壓被測(cè)電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測(cè)電壓）電壓表1.電壓互感器使用注意事項(xiàng)：1.二次側(cè)不能短路，以防產(chǎn)生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損